进程内缓存，究竟怎么玩？

原创 58沈剑架构师之路

除了常见的redis/memcache等进程外缓存服务，缓存还有一种常见的玩法，进程内缓存。

什么是进程内缓存？

答：将一些数据缓存在站点，或者服务的进程内，这就是进程内缓存。

进程内缓存的实现载体，最简单的，可以是一个带锁的Map。又或者，可以使用第三方库，例如leveldb。

进程内缓存能存储啥？

答：redis/memcache等进程外缓存服务能存什么，进程内缓存就能存什么。

如上图，可以存储json数据，可以存储html页面，可以存储对象。

进程内缓存有什么好处？

答：与没有缓存相比，进程内缓存的好处是，数据读取不再需要访问后端，例如数据库。

如上图，整个访问流程要经过1,2,3,4四个步骤。

如果引入进程内缓存，

如上图，整个访问流程只要经过1,2两个步骤。

与进程外缓存相比（例如redis/memcache），进程内缓存省去了网络开销，所以一来节省了内网带宽，二来响应时延会更低。

进程内缓存有什么缺点？

答：统一缓存服务虽然多一次网络交互，但仍是统一存储。

如上图，站点和服务中的多个节点访问统一的缓存服务，数据统一存储，容易保证数据的一致性。

而进程内缓存，如上图，如果数据缓存在站点和服务的多个节点内，数据存了多份，一致性比较难保障。

如何保证进程内缓存的数据一致性？

答：保障进程内缓存一致性，有几种方案。

第一种方案，可以通过单节点通知其他节点。如上图：写请求发生在server1，在修改完自己内存数据与数据库中的数据之后，可以主动通知其他server节点，也修改内存的数据。

这种方案的缺点是：同一功能的一个集群的多个节点，相互耦合在一起，特别是节点较多时，网状连接关系极其复杂。

第二种方案，可以通过MQ通知其他节点。如上图，写请求发生在server1，在修改完自己内存数据与数据库中的数据之后，给MQ发布数据变化通知，其他server节点订阅MQ消息，也修改内存数据。

这种方案虽然解除了节点之间的耦合，但引入了MQ，使得系统更加复杂。

前两种方案，节点数量越多，数据冗余份数越多，数据同时更新的原子性越难保证，一致性也就越难保证。

第三种方案，为了避免耦合，降低复杂性，干脆放弃了“实时一致性”，每个节点启动一个timer，定时从后端拉取最新的数据，更新内存缓存。在有节点更新后端数据，而其他节点通过timer更新数据之间，会读到脏数据。

为什么不能频繁使用进程内缓存？

答：分层架构设计，有一条准则：站点层、服务层要做到无数据无状态，这样才能任意的加节点水平扩展，数据和状态尽量存储到后端的数据存储服务，例如数据库服务或者缓存服务。

可以看到，站点与服务的进程内缓存，实际上违背了分层架构设计的无状态准则，故一般不推荐使用。

什么时候可以使用进程内缓存？

答：以下情况，可以考虑使用进程内缓存。

情况一，只读数据，可以考虑在进程启动时加载到内存。

画外音：此时也可以把数据加载到redis / memcache，进程外缓存服务也能解决这类问题。

情况二，极其高并发的，如果透传后端压力极大的场景，可以考虑使用进程内缓存。

例如，秒杀业务，并发量极高，需要站点层挡住流量，可以使用内存缓存。

情况三，一定程度上允许数据不一致业务。

例如，有一些计数场景，运营场景，页面对数据一致性要求较低，可以考虑使用进程内页面缓存。

末了，再次强调，进程内缓存的适用场景并不如redis/memcache广泛，不要为了炫技而使用。

更多的时候，还是老老实实使用redis/mc吧。

画外音：额，介绍技术，不希望把大家带偏了。